Science Journal of Circuits, Systems and Signal Processing

2018; 7(3): 74-80

http://www.sciencepublishinggroup.com/j/cssp

doi: 10.11648/j.cssp.20180703.11

ISSN: 2326-9065 (Print); ISSN: 2326-9073 (Online)

Methodology Article

Design of the Anti-Omission Shared Lockers System Based on the Single Chip Microcomputer

Ying Pan^*, Guoqing Jia, Qian Lin

College of Physics and Electronics Information Engineering, Qinghai Nationalities University (Xining), Xining, China

Email address:

*Corresponding author

To cite this article:

Ying Pan, Guoqing Jia, Qian Lin. Design of the Anti-Omission Shared Lockers System Based on the Single Chip Microcomputer. Science Journal of Circuits, Systems and Signal Processing. Vol. 7, No. 3, 2018, pp. 74-80. doi: 10.11648/j.cssp.20180703.11

Received: October 23, 2018; Accepted: November 13, 2018; Published: December 18, 2018

Abstract: In recent years, shared lockers have been widely used in supermarkets, libraries, exhibition halls and other places due to their features of high safety, reliability and convenience. However, existing lockers, because of their depth, tend to lose small items and are difficult to find. In addition, traditional barcode lockers are also easy to lose barcode. Based on this background, this paper presents a design scheme of the system for anti-omission of the shared locker based on the single chip microcomputer (SCM). In the scheme, STC89C52 single chip microcomputer is used as the main control chip, and the pressure sensor is used to detect whether there are things in the shared lockers and send the information to STC89C52 single chip microcomputer to achieve anti-omission function. Supplemented by relevant keyboard module, which is the input module of the system. Furthermore, display module and voice module are the output module of the system. The fingerprint module is used to input the userrsquo;s information and used the information to open the door of shared lockers. GSM (global system for mobile communication) module is used to get help from administrator when the user needs to help, and so forth. This system can realize the function of preventing omission and it is simple to operation, high security, easy to manage by the administrator.

Keywords: STC89C52 Single Chip Microcomputer, Shared Lockers, Anti-Omission

Introduction

Lockers, one approach for delivery of purchased goods, can play an interesting role by supporting collaborative economy [1]. Lockers are generally divided into household lockers and business lockers, which are mainly used to facilitate peoples use and store different items. It is also a must-have item for families or dormitories with small spaces. It can make full use of the space to accommodate more living items, and it can also decorate peoples home. Shared lockers are widely used in our daily life due to their features of high security, high reliability and convenience. It can provide short-term storage services in many scenarios, such as factories, offices and hospitals.

However, most of the lockers applied at the present stage are barcode lockers [2]. This type of lockers is the most common lockers in our life, which is provided to users for free in many shopping malls. They provide one-time use only, if be in the process of taking content carelessly close cupboard door,

that will not be able to open cupboard door afresh, also exist the circumstance that user loses small ticket to be unable to open. Even if re-leased, random open cabinets will not be used previously, which can only be resorted to staff.

Considering that the bar codes of such lockers are easy to be lost and are not environmentally friendly. Moreover, the traditional shared lockers are easy to lose small items and it is not easy to manage by administrator. This paper proposes a design scheme of the anti-omission shared lockers system based on the single chip microcomputer [3-4]. The system uses the combination of software and hardware to realize the function of anti-omission. The SCM is widely used because of its superior performance and low price [5-13]. It is the core processor in this system. Fingerprint identification is a widely used technology in various industries at present [14]. In this system, fingerprint identification can improve the overall security of storage cabinets. The keyboard module is used to simulate the button of the locker, and LCD12864 display

module and voice module are used to prompt the user to operate [15-17], so as to realize the simulation of the actual system of the shared locker.

System Composition

Figure 1. The system structure diagram.

This system mainly includes STC89C52 single chip microcomputer control module, which is the core part of the system. The pressure sensing module is mainly responsible for weighing, detecting whether the objects are overweight or missing in the lockers. The keyboard module is used to input. The display module and voice module is responsible for prompt. The GSM module is responsible for sending messages for help to administrators. The fingerprint module is used for fingerprint information input and reading. Electric

lock is used to control the open of the door. The system structure diagram is shown in figure 1.

Hardware Design

The Minimum System

The STC89C52 chip is a low-power, high-performance microcontroller produced by STC. It has 8K byte system programmable flash memory. The STC89C52 chip provides highly flexible, ultra-efficient solutions for many embedded control application systems. The minimum system includes the power supply circuit, the clock circuit, the rese

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基于单片机的防排放共享锁定系统的设计

近年来，共享储物柜的安全性、可靠性、方便性高，在超市、图书馆、展览馆等场所得到了广泛的应用。然而，现有的储物柜，由于其深度，往往会丢失小物品，很难找到。此外，传统的条形码储物柜也很容易丢失条形码。在此基础上，提出了一种基于单片机(SCM)的共享存储柜防容错系统的设计方案。本方案采用STC89C52单片机作为主控芯片，利用压力传感器检测共享储物柜中是否存在内容，并将信息发送到STC89C52单片机，实现防遗漏功能。由相关的键盘模块提供，即系统的输入模块。此外，显示模块和语音模块是该系统的输出模块。指纹模块用于输入用户信息，利用信息打开共享柜门。GSM（全球移动通信系统）模块用于在用户需要帮助时获得管理员的帮助，等等。该系统实现防止遗漏功能，操作简单，安全性高，管理员管理。

关键词：STC89C52单片机，共享储物柜，防漏

1.项目简介

储物柜是交付已购买商品的一种方法，可以通过支持协作经济[1]来发挥有趣的作用。储物柜一般分为家庭储物柜和商务储物柜，主要用于方便人们的使用和储存不同的物品。它也是有小空间的家庭或宿舍的必备物品。它可以充分利用这个空间来容纳更多的生活物品，也可以装饰人们的家。共享储物柜具有高安全性、高可靠性和方便性等特点，被广泛应用于我们的日常生活中。它可以在许多情况下提供短期存储服务，如工厂、办公室和医院。

然而，目前阶段应用的大多数储物柜都是条形码储物柜[2]。这种类型的储物柜是我们生活中最常见的储物柜，在许多购物中心免费提供。它们只提供一次性使用，如果是在不小心关上橱柜门，

这将无法重新打开橱柜门，也存在用户丢失小票无法打开的情况。即使重新租用，以前也不会使用随机打开的机柜，这只能供员工使用。

考虑到这些储物柜的条形码很容易丢失，而且不环保。此外，传统的共享储物柜很容易丢失小物品，管理员也不容易管理。本文提出了一种基于单片机的防遗漏共享锁存器系统的设计方案。系统采用软硬件组合，实现防遗漏的功能。单片机因其优越的性能和较低的价格而得到了广泛的应用。它是这个系统中的核心处理器。指纹识别是目前[14]各行业广泛应用的技术。该系统的指纹识别可以提高存储柜的整体安全性。键盘模块用于模拟储物柜的按钮，以及LCD12864显示器模块和语音模块用于提示用户操作[15-17]，实现共享物柜实际系统的仿真。

2.系统组成

该系统主要包括STC89C52单片机控制模块，是系统的核心部分。压力传感模块主要负责称重，检测储物柜中的物体是否超重或丢失。键盘模块用于输入。显示模块和语音模块负责提示。GSM模块负责向管理员发送帮助。指纹模块用于指纹信息的输入和读取。电气设备锁可用于控制门的打开状态。系统结构图详见图1。

图1 系统结构图

3.硬件设计

3.1.最低限度的系统

STC89C52芯片是由STC生产的一种低功耗、高性能的微控制器。它有8K字节的系统可编程闪存。STC89C52芯片为许多嵌入式控制应用系统提供了高度灵活、超高效的解决方案。最小系统包括电源电路、时钟电路、复位电路等。微编程控制单元(MCU)最小系统及其与部件的连接如图2所示。时钟电路决定了单片机的工作速度。它采用内部时钟模式，为MCU系统提供时钟信号。复位电路确定单片机的启动状态，以完成单片机的启动过程。复位电路产生复位信号以完成微控制器以启动并确定微控制器的启动状态。复位电路采用通电和按钮复位的自动复位的方式。只要添加到RST针的高水平持续超过2个周期，MCU可以正常复位。

3.2.指纹打印模块

图2 MCU最小值系统

随着技术的发展，指纹识别技术的应用也越来越广泛。指纹具有独特性、终身不变性、不丢失等特点，已成为最成熟的生物特征身份识别技术具有其独特的优势。指纹图像模式识别的核心是为了提取指纹图像组件的组织形式和顺序。这些元素包括纹理、流方向、中心点、三角形点和细节特征点。

我们手指内表面的皮肤会形成不同的图案。皮肤的线条在图案、断点和交叉点上会有所不同，它们在信息处理中会被称为“特征”。每根手指的特征都是不同的，也就是说，都是独特的。有了这种独特性，我们可以将一个人与他的指纹进行匹配，并通过比较他的指纹与以前保存的指纹来验证他的真实身份。指纹识别系统通过专用的光电转换设备和图像处理技术，通过对指纹进行收集、分析和比较，可以自动、快速、准确地识别个体身份。

图3 指纹模块与MCU之间的连接。

该系统主要包括指纹图像采集、指纹图像处理、特征提取和匹配等。FM-70系列光学指纹模块，以高性能、高速DSP处理器为核心，结合光学指纹传感器与公司独立的知识产权。具有指纹输入，图像处理、指纹比较、搜索、模板存储等功能的智能模块，不需要上位机管理。因此，我们使用FM-70系列光学指纹模块及其端口TXD和RXD分别与SCM的端口P3.0和P3.1连接。指纹模块与MCU之间的连接如图3所示。AT24C02是一个25k位串行CMOSE2PROM，包含2568位P字节。催化剂先进的CMOS技术大大降低了该装置的功耗。AT24C02有一个16字节的页面写缓冲区。该设备通过IIC总线接口进行操作，并具有专用的写保护功能。在该系统中，我们使用AT24C02来存储用户的指纹信息。AT24C02和MCU之间的连接如图4所示。

图4 AT24C02和MCU之间的连接。

3.3.压力传感器模块

HX711是一种专为高精度电子尺度设计的24位交流转换器芯片。与其他同类芯片相比，该芯片集成了其他同类芯片所需的外围电路，包括稳压电源、片上时钟振荡器等，具有集成性高、响应速度快、抗干扰能力强等优点。本系统采用以HX711A/D转换器为主体的压力传感器模块，降低整个系统的成本，提高性能和可靠性。HX711交流电转换器的示意图如图5所示。

图5 HX711交流电转换器示意图。

芯片与后端MCU芯片之间的接口和编程都非常简单。所有的控制信号都由针驱动，不需要编程芯片内编程寄存器。输入选择开关可以选择选择通道A或通道B，连接到其内部低噪声可编程放大器。在芯片内提供的稳定电源可以直接提供给外部传感器和芯片内的A/D转换器，而在系统板上没有额外的模拟电源。芯片中的时钟振荡器不需要任何外部设备。开机自动复位功能简化了启动的初始化过程。

芯片的数据输出引脚点和数字输入针PD_SCK连接到单芯片的I/O端口，速率接地到X1引脚，然后可利用芯片内的时钟振荡器确定其数据输出速率为10Hz。串行通信线路由针脚PD_SCK和DOUT组成，以输出数据，选择输入通道和增益。当数据输出针脚的点较高时，表示视听转换器未准备好输出数据。此时，串行时钟输入信号PD_SCK应处于低电平。当点从高至低电平时，PD_SCK应输入25至27时钟脉冲。第一时钟脉冲的上升边缘将读出输出的24位数据的最高值，直到第24个时钟脉冲完成，并且24位数据的输出从最高值逐步完成到最低值。第25至第27个时钟脉冲用于选择输入通道和下一次视听转换的增益。

其参考驱动程序代码为sbitHX711_DOUT=P3^6；sbitHX711_SCKHX711_DOUT=P3^7；

无符号的长HX711_Read（无效）

{

未带符号的长计数；无带符号的chari；HX711_SCK=0；

计数=0；而(HX711_DOUT)；对于(i=0；ilt;24；i )

{HX711_SCK=1；

计数=计数lt;lt;1；HX711_SCK=0；如果(HX711_DOUT)

计数 ；

}HX711_SCK=1；

计数^0x800000；HX711_SCK=0；

回报（计数）；

}

在该系统中，带有HX711模块转换器的压力传感器用于检测机柜内是否有物品以及物品是否超重。压力传感器有四个输出引脚，即电源、接地、

3.4.语音控制模块

在本设计中，语音模块主要发挥着对客户进行提示操作的作用。这是YS-M3语音回放模块，它有9个直接触发端口：A1-A9。这9个端口对应于9个MP3的音频文件。该模块的触发器模式为低级触发器。它还可以通过内置的耳机插孔连接到扬声器或立体声音响上。语音模块与MCU之间的连接非常简单。只需要一些MCU的I/O端口来通过MCU控制相应语音文件的回放。语音模块的物理图如图6所示。

图6 语音模块的物理图形。

3.5.显示器模块

本系统使用的显示模块为LCD12864，是一个具有4位/8位并行、2行或三线串行多接口模式的晶格式图形液晶显示模块，包含国家标准一、二级简体中文字体库。它的显示分辨率为128x64,8192个字符，16*16点，128个ascii字符，16*8点。利用模块灵活的界面模式和简单方便的操作指令，可以构建中文人机交互图形界面。可以在8x4、16x16行上显示汉字，或者完成图形显示。由该模块构成的液晶显示方案比另一种晶格液晶显示模块要简单得多，且该模块的价格略低于晶格液晶。显示模块和微控制器之间的连接只需要占用微控制器的多个输入/输出端口。通过编写程序，可以实现汉字、英文、符号等文字的显示。它与微控制器，详见图7。

图7 与微控制器之间的模块连接。

3.6.GSM模块

全球移动通信系统被称为GSM，是应用最广泛的移动电话标准。世界上200多个国家和地区的10多亿人都在使用GSM手机。GSM和之前的标准之间最大的区别是，它的信令和语音信道都是数字的，因此GSM被认为是第二代(2G)移动电话系统。

本系统采用SIM900A作为GSM模块。属于双频GSM/GPRS模块，完全采用SMT软件包形式，性能稳定，外观美观，成本性能高。SIM900A采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS900/1800MHz。可实现低功耗的语音、短信、数据、传真信息传输。另外，SIM900A的尺寸为24*24*3mm，适用于M2M应用中的各种设计要求，特别是紧凑型产品的设计。

本系统中的GSM模块主要用于用户需要帮助时发送短信给柜管理员帮助。连接方式如下：52MCUTXD（端口P3.1）连接到5VR（端口RXD）。52MCU的RXD（端口P3.0）连接到5VT(TXD)。MCU GND连接到SIM900A模块GND；SIM900A模块5V的VCC_MCU接入（输入）；SIM900A模块的VCC接入（输入）为5V。

GSM模块的角色方便用户向管理员寻求帮助。当储物柜出现问题时，用户可以发送短信通过帮助按钮发送给用户。

3.7.电气控制锁

电动锁是一种由继电器控制的机械锁。电动锁的端子实际上是一个电磁铁，它控制着一个简单的机械装置来切换门。但是电磁铁可以通过一系列的命令来工作。在该系统中，当指纹模块成功记录或比较时，将将信息发送到单片机以控制电子控制锁以打开门。

4.软件设计

系统软件设计采用C语编程，集成开发环境为Keil4，是与C语语言兼容的软件开发系统，可完成编译、链接、调试和仿真过程。与汇编语言相比，C语具有较强的可读性和计算能力，易于方便、学习方便，反映高级语言的优点。Keil4的窗口管理系统非常灵活，支持多个显示窗口。

为了实现上述功能，系统的软件设计设计如下，系统设计流程图如图8所示。

（1）在初始状态下，LCD12864显示模块显示“欢迎，请按“保存”键保存包，然后按“取”键取包”；

（2）用户按“保存”按钮时，LCD12864显示“请输入指纹”，语音模块播放语音文件No.1、文件No.的内容1是“请输入指纹”，指纹模块开始工作，准备输入指纹；

（3）指纹输入成功，LCD12864显示模块显示“指纹输入成功，放置物品后请关闭柜门”，语音模块播放语音文件No.2.同时，文件No.的内容2为“指纹输入成功，放置物品后请关闭柜门”，柜门打开，LCD12864屏幕上显示“柜门打开，柜号为“***”。用户输入物品，当物品重量超过最大上限设置时，LCD12864显示模块将显示“物品超重，请删除部分物品”，语音模块播放语音文件No.3、内容为“物品超重，请拆除部分物品”，橱柜门不能关闭。只有用户物品重量低于最大值，橱柜门可以关闭；

图8 系统设计的流程图。

（4）当用户按“取”键时，LCD12864显示模块显示“请输入指纹”，语音模块播放语音文件No.1.ᾏ指纹信息输入成功后，橱柜门打开。同样，LCD12864显示模块显示“柜门打开，柜号为“***”，请删除所有项目”，语音模块播放语音文件No.4同时，内容为“柜门打开，请删除所有物品”。

（5）当用户无法接收所有物品时，系统无法关闭车门。当压力传感器到MCU的重量值在设定范围内时，显示模块显示“丢失项目，请取”，语音模块播放语音文件No.5、内容为“您丢失物品，请拿走所有物品”。压力传感器在此期间始终处于称重状态，并将信息传送至MCU进行处理。只有当压力非常小且接近0g时，压力传感器才会向微控制器发出状态变化信号，机柜门才能关闭。此外，在门关闭后，对应机柜的指纹信息和门信息将被清除。

（6）系统将设置管理员模式。用户为管理员时，按“管理员”键，输入管理员密码，即可进入管理员模式。功能1是“初始化”：管理员可以使用此功能打开所有机柜门，查看是否有用户遗漏项目，进行维护工作。功能2是“删除指纹”：管理员可以删除任何机柜门的指纹信息，初始化当前机柜门。功能3为“手动打开”：任何柜门都可以通过输入柜门号打开。功能4为“更改密码”：可更改进入管理员模式的密码；

（7）当用户按下“HELP”按钮时，MCU将通过启用GSM模块来接收到向管理员发送帮助信息的指令。

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